Accélérateur d'électrons compact pour le traitement des eaux contaminées par des PFAS
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Les composés PFAS (forever chemicals) constituent un problème environnemental croissant. Une approche innovante du traitement de l'eau et des sols contaminés par les PFAS est désormais issue de la physique des accélérateurs : des électrons à haute énergie peuvent décomposer les molécules de PFAS en composants inoffensifs grâce à un processus appelé radiolyse. Une étude récente publiée dans PLOS One montre qu'un accélérateur développé au HZB, basé sur un photo-injecteur SRF, peut fournir le faisceau d'électrons nécessaire.
Les composés PFAS peuvent désormais être détectés dans de nombreux endroits de notre environnement. Ces produits chimiques synthétiques s'accumulent dans l'eau et le sol, d'où ils pénètrent dans la chaîne alimentaire. En raison de leurs liaisons carbone-fluor extrêmement stables, ils sont difficilement dégradés par les processus naturels. Certains PFAS sont considérés comme nocifs pour la santé. Par exemple, la zone entourant l'ancien aéroport de Tegel est fortement contaminée par des PFAS qui ont pénétré dans le sol et les eaux souterraines à la suite d'exercices antérieurs de lutte contre les incendies.
Des électrons à haute énergie contre les PFAS
La physique des accélérateurs offre désormais une nouvelle approche pour résoudre ce problème : des électrons à haute énergie peuvent décomposer les molécules de PFAS en composants inoffensifs grâce à un processus appelé radiolyse. Dans une étude de faisabilité, une équipe dirigée par le professeur Thorsten Kamps a montré qu'un accélérateur développé à HZB sur la base d'un photo-injecteur SRF peut fournir le faisceau d'électrons nécessaire à cet effet. Ce faisceau d'électrons doit avoir une énergie spécifique et une puissance moyenne élevée. Un photo-injecteur SRF est un nouveau concept d'accélérateur utilisant une cavité radiofréquence supraconductrice avec des champs électromagnétiques à haute fréquence pour accélérer les électrons. Comme le champ d'accélération peut être activé en permanence, il est possible de générer une puissance moyenne de faisceau élevée, comme l'exige le traitement de l'eau par faisceau d'électrons.
Le concept de photo-injecteur SHF est très flexible et parfaitement adapté au développement ultérieur du traitement de l'eau par accélérateur pour les PFAS. Cela nous permet de découvrir quels paramètres de faisceau optimisent le rendement chimique pour des composés PFAS spécifiques", explique Tasha Spohr, auteur principal de l'étude.
Une alternative compétitive pour le traitement des PFAS
Dans l'étude de cas, l'équipe a comparé le système de filtrage actuellement utilisé pour l'élimination des PFAS à l'ancien aéroport TXL avec le concept d'accélérateur proposé. En termes de coûts d'exploitation, nous pourrions être compétitifs par rapport à la technologie conventionnelle dans les années à venir", déclare M. Kamps. Nous avons démontré que la physique des accélérateurs n'est pas seulement un outil pour une recherche fondamentale passionnante, mais qu'elle peut aussi fournir de nouvelles technologies pour répondre à des problèmes sociétaux urgents.
Un accélérateur compact dans une boîte
La vision de cette technologie est celle d'un accélérateur d'électrons compact qui tient dans un conteneur. Il pourrait être utilisé dans les points chauds de contamination, tels que l'ancien aéroport de Berlin Tegel, à des coûts potentiellement moins élevés et avec moins d'efforts que la technologie d'assainissement conventionnelle utilisant des systèmes de filtrage. Bien que des travaux de développement soient encore nécessaires avant une mise en œuvre pratique, l'étude montre que le photo-injecteur SRF est une plate-forme appropriée pour optimiser systématiquement les avantages, l'efficacité et les coûts de tels systèmes.
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